化工流程题(专题复习).doc

化学工业
一、工艺流程题的题型特点
1、工艺流程题的结构：分题头、流程图和问题三部分。
2、试题背景：以某种重要化工产品的工业生产为背景设计流程图。
3、考查的知识面广，综合性较强。常考的知识点包括：元素化合物的性质；常见的实验基本操作；物质的分离提纯、制备；化学反应原理（化学平衡、溶液中的离子平衡、电化学等）；反应热的计算，产率的计算；副产物、母液的循环利用（环保意识和绿色化学知识）等。
二. 工艺流程题的分析技巧
（1）浏览全题，确定该工艺的目的（原料是什么？原料含有哪些杂质？最终产品是什么？）；
（2）关注流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问等，从中获取信息，并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用。
（3）阅读题目提出的问题，带着问题分析流程图，结合题目提供的信息解决问题。
其中，分析流程图，弄清各步流程的作用是解题的关键。
对一些线型流程工艺试题，首先对比图中的第一种物质原材料与最后一种物质产品，从对比分析中找出原料与产品之间的关系。
思考：从原料到产品依次进行了什么反应？利用了什么原理？
每一步除目标产物外还产生了什么杂质或副产物？杂质或副产物是怎样除去的？
最终的产品是如得到的？
弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂分离提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。
分析流程图的知识基础是元素化合物知识及化学反应的原理。
三、★、化工流程中常见的化学工艺技术（常考点）归纳
化学工业流程一般分为3个过程：原料处理 → 分离提纯 → 获得产品。
1、原料处理阶段
原料处理的目的
常见化学工艺
提高原料的利用率 （转化率）

提高工业生产的效益
（反应速率）

原料处理阶段的一些常见措施的作用：
（1）粉碎或研磨：增大固液（或固气或固固）接触面积，加快反应（溶解）速率，增大原料的转化率（或浸取率）。
（2）煅烧或灼烧：不易转化的物质转为容易提取的物质；其他矿转化为氧化物；除去有机物；除去热不稳定的杂质
（3）酸浸：溶解、去氧化物（膜）、调节pH促进水解（沉淀）
（4）碱溶：去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH促进水解（沉淀）
2、分离提纯阶段
分离杂质
常见化学工艺
不溶杂质

有机杂质

金属阳离子

阴离子

可溶性的盐

气态杂质

其他

3、获得产品阶段
生产目的
类型
常见化学工艺
获得产品
溶液→固体

固体→固体

产品提纯

4.其他常见考点：
① 化学方程式或离子方程式的书写； ② 实验仪器的选择；
③ 化学计算； ④ 信息整合、提取、运用能力考查。
四、化工题常用答题术语归纳
例如：某研究性学习小组用粗氧化铜(含少量氧化亚铁及不溶于酸的杂质)制取无水氯化铜，其实验流程如图所示：

1、选择氧化剂X的原则：
（1）能将物质氧化 （2）不引入新的杂质离子
（3）过量的X不会造成环境污染 （4）来源丰富，价格便宜。
2、加入氧化剂X的目的（作用）：
将某某杂质离子氧化为某某离子，使后一步生成…..沉淀更彻底。
3、选择试剂Y的原则：
（1）能调节pH值（实际上是能跟前面的盐酸反应，消耗H+）；
（2）最好不引入新的杂质离子
4、调节pH的目的：
使….杂质离子转化为….沉淀而除去，同时…目标离子未转化为沉淀
5、由溶液得到晶体的方法（操作）：
（一）由一种纯溶液得到晶体的方法：
（1）由NaCl溶液得到NaCl晶体：蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥
（2）由CuSO4溶液得到CuSO4.5H2O晶体：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
（3）由AlCl3型（可水解的氯化物）溶液，得到AlCl3晶体的方法：在干燥的氯化氢气流中加热蒸干。（注意：通入氯化氢的目的是：抑制Al3+离子的水解，同时将加热过程产生的水蒸汽带走。）
（二）混合溶液的分离提纯方法：（例：KNO3的溶解度受温度变化较大；NaCl的溶解度受温度变化不大）
（1）要得到KNO3晶体：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（2）要得到NaCl晶体：蒸发结晶（浓缩）、趁热过滤、洗涤、干燥。
6、除杂质常加入沉淀剂，确定沉淀剂是否过量的操作（或方法）：
（注意：检验要在过滤前，所以不能取滤液来做实验）
（1）若是定量实验，则只能用以下方法：静置，往上层清液中继续滴加原沉淀剂，若有沉淀生成，则说明未过量；若无沉淀生成，则说明沉淀剂已过量。
（2）若只是定性实验，还可以用下面方法：静置，取少量上层清液于试管中，加入原沉淀剂，若有沉淀生成，则说明未过量；若无沉淀生成，则说明沉淀剂已过量。
7、得到沉淀后，往往要洗涤沉淀。洗涤沉淀的目的：除去…物质表面附着的….杂质
洗涤沉淀时采用“冷水洗、冰水洗或有机溶剂”洗的目的（例如洗去KCl表面附着的NaCl杂质）：降低KCl的溶解度，减少洗涤过程中KCl晶体的损失。
8、洗涤沉淀的操作：往过滤器中加入蒸馏水至刚好浸没沉淀，待自然流出后，重复2－3次。
9、证明沉淀已经洗涤干净的方法：
取少量最后一次洗涤液于试管中，加入…..试剂，有…现象，则说明已经洗涤干净。
10、盐析或醇析的目的（作用）：降低某某物质的溶解度，析出……晶体。
11、可循环使用的物质：既是生产流程中的生成物，又是生产流程中中加入的物质。
副产品：生产过程中除了目标产品和可循环使用的物质以外的其他产物。
12、加热：加快反应速率或溶解速率；
促进平衡向吸热方向移动；
除杂，除去热不稳定的杂质，如NaHCO3 、Ca(HCO3)2、KMnO4、I2、NH4Cl等物质。
使沸点相对较低的原料气化
1 3、降温：防止某物质在高温时会溶解(或分解)
使化学平衡向着题目要求的方向移动（放热方向）
使某个沸点较高的产物液化，使其与其他物质分离
降低晶体的溶解度，减少损失
14、控温：（用水浴或油浴控温）
防止某种物质温度过高时会分解或挥发 ；为了使某物质达到沸点挥发出来
使催化剂的活性达到最好 ；防止副反应的发生
降温或减压可以减少能源成本，降低对设备的要求，达到绿色化学的要求。
五：化工题难点突破：方程式书写
1、基本方程式的书写：例如
(1) Al2O3与NaOH溶液反应的离子方程式　　　　 　
（2）Al2O3与盐酸溶液反应的离子方程式
（3）氢氧化铝与过量NaOH溶液反应的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（4）偏铝酸钠溶液中通入过量ＣＯ２的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（5）四氧化三铁溶于稀硝酸的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（6）氯化铁溶液腐蚀电路板的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（7）二氧化硅与NaOH溶液反应的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（8）氯化亚铁溶液中加入新制氯水的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（9）等物质的量的氯气和ＳＯ２同时通入水中的反应方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　
（10）氯水滴加入碘化钾溶液中的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（11）二氧化氮与水反应的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2、信息方程式的书写
练习：
1．钛合金是航天航空工业的重要材料。由钛铁矿（主要成分是TiO2和Fe的氧化物）制备TiO2等产品的一种工艺流程示意如下：

已知：①TiO2＋易水解，只能存在于强酸性溶液中
②TiCl4的熔点－25.0℃，沸点136.4℃；SiCl4的熔点－68.8℃，沸点57.6℃
回答下列问题：
（1）写出钛铁矿酸浸时，主要成分TiO2反应的离子方程式
（4）用金红石（主要含TiO2）为原料，采用亨特(Hunter)法生产钛的流程如下：

写出沸腾氯化炉中发生反应的化学方程式 ，
（5）TiO2直接电解法生产金属钛是一种较先进的方法，电解
质为某种可以传导O2-离子的熔融盐，原理如右图所示，则其
阴极电极反应为： ，
2、绿矾（FeSO4·7H2O）的一种综合利用工艺如下：
绿矾
NH4HCO3

FeCO3固体

母液
焙烧
煤粉
还原铁粉
(NH4)2SO4粗产品

除杂②
转化②
分离②
……

（1）①绿矾与NH4HCO3在溶液中按物质的量之比1：2反应，有CO2生成。写出该反应的离子方程式____________________________________________________________
②已知NaHCO3与NaAlO2溶液混合，有白色沉淀生成。写出离子方程式：
______________________________________________________________________；
（5）绿矾的另一种综合利用方法是：绿矾脱水后在有氧条件下焙烧，FeSO4转化为Fe2O3
和硫的氧化物。某条件下测得气体产物中SO2的体积分数为10%，SO3的体积分数为90%，
该条件下反应的化学方程式为________________________________________________。
3．以电石渣[主要成分是Ca(OH)2，含SiO2、Al2O3以及其它少量杂质]为原料生产氯酸钾联产碳酸钙的流程如下：

回答下列问题：
（1）电石渣溶于水形成电石渣浆时发生的主要反应的化学方程式为：
_____________________________________、__________________________________。
（2）氯化过程的温度控制在75～80℃，该过程主要反应的化学方程式为：
________________________________________________________________________。
（3）该流程中碳化反应的离子方程式为_________________________________________。
4、2006年世界锂离子电池总产量超过25亿只，锂电池消耗量巨大，对不可再生的金属资源的消耗是相当大的，回收利用锂资源成为重要课题。某研究小组对某废旧锂离子电池正极材料(图中简称废料，成份为LiMn2O4、石墨粉和铝箔)进行回收研究，工艺流程如下：
已知：Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303K下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g。
滤渣MnO2、C
Na2CO3
稀H2SO4
NaOH溶液
通入过量CO2气体
滤渣Li2CO3
滤 渣
空气
过滤Ⅱ
滤液Ⅱ
废料
浸取
过滤Ⅰ
滤液Ⅰ
沉淀X
过滤Ⅲ
③
②
④
①

（3）写出反应④生成沉淀X的离子方程式：
。
（4）己知LiMn2O4中Mn的化合价为+3和+4价，写出反应②的化学反应方程式：
。
（5）生成Li2CO3的化学反应方程式为______ ____ __。
5.（2011广州市一模）以氯酸钠等为原料制亚氯酸钠（NaClO2）的流程如下：

“反应1” 离子方程式为____________________________________________________

例题2中“反应2” 化学方程式为_________________________________________
6．二氧化氯（ClO2）常温下气体，是一种在水处理等方面有广泛应用的高效安全消毒剂。与Cl2相比，ClO2不但具有更显著的杀菌能力，而且不会产生对人体有潜在危害的有机氯代物。制备ClO2的方法中，有一种为：在稀H2SO4溶液中加入NaClO3 和H2O2。请写出
该方法的离子方程式： 。
化工流程题 强化训练
1．废旧锂离子电池的正极材料（主要含有及少量Al、Fe等）可用于回收钴、锂，实验方法如下：

（1）在上述溶解过程中，被氧化成，在溶解过程中反应的化学方程式为 ，氧化剂是__________。
（2）在上述除杂过程中，通入空气的作用是______ ______。废渣的主要成分是__________。
（3）“沉淀钴”和“沉淀锂”的离子方程式分别为____________________________________、___________________________________________________。
（4）本工艺可回收的副产品是_________________________。
2．（16分）活性ZnO在橡胶、塑料、涂料工业中有重要应用，一种由粗ZnO（含FeO、CuO）制备活性ZnO的流程如下（已知：碱式碳酸锌经焙烧可制得活性ZnO）：

已知：几种离子生成氢氧化物沉淀时的pH如下表：
待沉淀离子
Fe2＋
Fe3＋
Zn2＋
Cu2＋
开始沉淀时pH
6.34
1.48
6.2
5.2
完全沉淀时pH
9.7
3.2
8.0
6.4
请问答下列问题：
⑴ 步骤A加H2O2发生反应的离子方程式是 ______________________________ ，该步骤需控制溶液pH的范围是__________________
⑵ A溶液中主要含有的溶质是 ___________ 。
（3） 若经处理后的废水pH＝8，此时Zn2＋的浓度为 ___________ mg/L（常温下，Ksp[Zn(OH)2]＝1.2×10-17）。
3、以硫铁矿（主要成分为FeS2）为原料制备氯化铁晶体（FeCl3·6H2O）的工艺流程如下：

回答下列问题：
（1）在一定条件下，SO2转化为SO3的反应为2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)，该反应的平衡常数表达式为K= 　　　　　　　　；过量的SO2与NaOH溶液反应的化学方程式为
　　　　　　 。
（2）酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量，其目的是　　　　　 　 、
　　　　 　　 　。
（3）通氯气氧化后时，发生的主要反应的离子方程式为　　　　　　 　；
该过程产生的尾气可用碱溶液吸收，为其中污染空气的气体为 　　　　　　　（写化学式）。
（4）在氧化过程中，如何检验铁元素全部以Fe3+形式存在：

（5）如果将氯化铁晶体（FeCl3·6H2O）放在坩埚中加热灼烧，最后得到的固体为
铁精矿等
烟气
炼铁等
采矿
冶炼渣
粗铜
冶炼
铜精矿
选矿
电解铜
4．（16分）我国某大型电解铜生产企业，其冶炼工艺中铜、硫回收率达到97%、87%。下图表示其冶炼加工的流程：

高温
Cu2S + O2 === 2Cu + SO2

冶炼中的主要反应：
⑴烟气中的主要废气是 ，从提高资源利用率和减排考虑，其综合利用方式是： 。
（2）电解法精炼铜时，阳极是 （填“纯铜板”或“粗铜板”）；粗铜中含有的金、银以单质的形式沉淀在电解槽 （填“阳极”或“阴极”）的槽底，阴极的电极反应式是 。
（3）在精炼铜的过程中，电解质溶液中c(Fe2+)、c(Zn2+)会逐渐增大而影响进一步电解。
几种物质的溶度积常数（Ksp）
物 质
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Zn(OH)2
Cu(OH)2
Ksp
8.0×10-16
4.0×10-38
3.0×10-17
2.2×10-20
① 调节电解液的pH是除去杂质离子的常用方法。根据上表中溶度积数据判断，含有等物质的量浓度Fe2+、Zn2+、Fe3+、Cu2+的溶液，随pH升高最先沉淀下来的离子是 。
② 一种方案是先加入过量的H2O2,再调节pH到4左右，加入H2O2的目的是
。加入H2O2后发生反应的离子方程式为 。
5、金属钛被称为“21世纪金属”。
（1）工业上用钛矿石(含FeTiO3,含FeO、Al2O3、SiO2等杂质）经过以下流程制得TiO2：

其中，步骤Ⅱ发生的反应为：2H2SO4 + FeTiO3 = TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O
①步骤Ⅰ中发生反应的化学方程式： _____________ ___、___________ ___ __。
②将步骤Ⅱ所得FeSO4晶体溶于水，在酸性条件下加入H2O2溶液，可制得具有净水作用的铁盐，该反应的离子方程式为 。
③在步骤Ⅲ中需要控制条件以形成TiO2·nH2O胶体，该分散质颗粒直径大小在____________范围。
（2）可利用TiO2通过下述两种方法制备金属钛：
方法一：将TiO2作阴极，石墨作阳极，熔融CaO为电解液，用碳块作电解槽池，电解TiO2制得钛，其阴极发生的反应：________ _____。
方法二：通过以下反应制备金属钛
① TiO2(s) + 2Cl2(g) TiCl4(g) + O2(g)；△H= +151kJ/mol
② TiCl4 + 2Mg 2MgCl2 + Ti
在实际生产中，需在反应①过程中加入碳才能顺利制得TiCl4，其原因是：
。
（3）若已知：C(s) + O2(g) = CO2(g) △H= －394kJ/mol ，则由固体TiO2、固体C与Cl2气反应制取气态TiCl4的热化学方程式为____ _______。
6、电镀废水、废渣的处理和综合利用体现了绿色化学的思想。
Ⅰ.含铬电镀废水的处理可采用以下方法：
（1）电解法。往废水中加入适量氯化钠，以铁为电极进行电解，电解过程中，阳极的电极反应式为 。
（2）沉淀法。含铬废水中存在平衡：Cr2O72－+H2O2CrO42－+2H+。往废水中加入BaCl2，铬元素转化为铬酸钡（BaCrO4）沉淀，此过程中，还应加入NaOH，理由是
。
Ⅱ. 某工厂利用富含镍（Ni）的电镀废渣（含有Cu、Zn、Fe、Cr等杂质）制备NiSO4·6H2O。其生产流程如下图所示：
（3）步骤①中加入H2SO4后，需充分搅拌的目的是 。
（4）溶液C中溶质的主要成分是
（5）Fe(OH)3溶度积表达式Ksp= 。通常条件下，
KSP[Fe(OH)3]＝4.0×10－36，用氨水调节溶液的pH约为8.0则理论上计算除杂后溶液中
c(Fe3+)等于 ___________ 。

信息方程式：
1、TiO2＋2H+ = TiO2＋＋H2O（2分）
（4）TiO2＋2C＋2Cl2 TiCl4＋2CO（2分）
（5）TiO2 +4e－ = Ti +2O2－（2分）
2、② AlO2- + HCO3-+H2O=Al(OH)3↓ +CO32-
（5）10FeSO4 +2O2 5Fe2O3 +SO2+9SO3

4、(3)CO2+AlO2–+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3–（3分）
(4)4 LiMn2O4+2 H2SO4+O2=8MnO2+2 Li2SO4+2H2O（4分）
(5) Li2SO4+Na2CO3＝Na2SO4+Li2CO3↓ （3分）

化学工业流程 强化训练题（答案）
1．
（1） ；
（2）将正二价铁元素氧化成正三价 Al(OH)3和Fe(OH)3
（3）Co2＋＋2OH－＝Co(OH)2↓ 2Li＋＋CO32－＝Li2CO3↓
（4）Na2SO4
2.答案⑴ 2Fe2＋＋H2O2＋2H＋＝2Fe3＋＋2H2O 3.2~5.2
⑵ (NH4)2SO4 （3）0.78
3、答案（1）　　　　　　 SO2+NaOH＝NaHSO3
（2）提高铁元素的浸出率　　　　 抑制Fe3+水解
（3）Cl2+2Fe2+＝2Cl－＋2Fe3+　　　　 Cl2　　 HCl
（4）取氧化后的溶液少许于试管中，往试管中滴加1~2滴酸性KMnO4溶液，KMnO4的紫红色不褪去，说明铁元素全部以Fe3+形式存在。（3分） （5）Fe2O3（2分）
4.（16分）
（1）SO2 （2分） 制硫酸 （2分）
（2）粗铜板 （2分） 阳极 （2分） Cu2+ + 2e-=Cu （2分）
（3）①Fe3+ （2分） ②将Fe2+氧化为Fe3+ （2分）,
2Fe 2++2H+ +H2O2 = 2Fe3+ +2H2O （2分）

5、答案（1）① Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O ，
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O （各2分）
② 2Fe2+ +H2O2+2H+ = 2Fe3+ + 2H2O 2分
③ 1～100nm 1分
（2） TiO2 + 4e- = Ti + 2O2- 2分, 利用高温使碳与O2反应减小O2的浓度，并利用反应放热，使生成更多TiCl4 2分
（3）TiO2(s) + 2Cl2(g) + C(s) = TiCl4(g) + CO2(g)
△H= －243kJ/mol 2分
6、答案 (1) Fe-2e-= Fe2+(2分)
(2) 减少氢离子浓度，使平衡Cr2O72-+ H2O2CrO42- +2H+ 右移，有利于除铬(3分，每个点1分)
(3) 提高废渣的溶解速率和溶解程度(2分)
(4) 提高废渣的溶解速率和溶解程度(2分)
(5) Na2SO4(3分)（6）Ksp= c(Fe3+)·c3 (OH—) 4.0×10－18mol·L－1（3分）